JNT 纳米技术杂志》 1687 - 9511 1687 - 9503 Hindawi 10.1155 / 2018/1358984 1358984 研究文章 魔芋海绵衍生碳片高性能超级电容器的孔隙结构进行了优化 http://orcid.org/0000 - 0002 - 7252 - 2911 汉 必应 http://orcid.org/0000 - 0002 - 7975 - 7895 耿 虫虫 http://orcid.org/0000 - 0001 - 9322 - 9354 程 龚 杨ydF4y2Ba Mengyu 环境科学与工程学院 华北电力大学 北京102206年 中国 ncepu.edu.cn 2018年 31日 10 2018年 2018年 10 08年 2018年 25 09年 2018年 31日 10 2018年 2018年 版权©2018年宾汉等。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

片状激活碳来源于魔芋海绵(kac)已经成功地通过灵巧的KOH活化方法制作的。通过操作激活温度和KOH / C比值,实现卡茨展览超高比表面积∼30002/ g和分层孔隙结构可调微/中孔分布。值得注意的是,卡茨拥有大量的蠕虫状的微孔隙形成的石墨烯堆叠层的横向距离接近水分电解质离子的大小。由于孔隙结构优化,高石墨化,和额外的O / N掺杂,卡茨展出多提高比电容(253.0 F / g),优越的速度能力的电容(77%保留10 A / g),和非凡的循环稳定性(0.4%衰变后在5 A / g 2000周期)在酸性电解液。卡茨的大规模生产能力的材料和纹理属性之间的相关性和电容性能的知识打开新的机遇这种小说biomass-derived碳超级电容器的应用设备。

 中国国家自然科学基金 21703064 中华人民共和国教育部的 2017年ms046 1。介绍

化石燃料的短缺和蓬勃发展的可持续能源需求要求的发展高效能源存储解决方案 1, 2]。超级电容器(SCs),作为补充或独立负责存储系统电动汽车或重新生成应用程序,已经展现出光明的前景由于高功率密度,快速充电过程,和良好的循环性能 3]。基于表面吸附/解吸电解液离子电化学双层电容器极板)是一个重要的组成部分,商业电化学电容器由于其低成本和高操作安全( 4]。然而,相对低能量密度的EDLCs限制他们的进一步应用。因此,一直在努力增加EDLCs近年来的能量储存能力( 5, 6]。最有效的策略之一是提高电极材料的比电容通过复杂的设计。碳纳米材料是EDLCs占主导地位的电极材料。过去几十年见证了各种纳米碳材料在SCs的发展,从修改后的激活碳(ACs) ( 7基于碳纳米管[]小说碳纳米结构 8),石墨烯( 9),或有机框架——(MOF)派生的碳 10]。

相比之下,ACs的主流商业SC电极材料设备由于具有成本效益和自然容易扩大。来满足需求的下一代SCs高比电容和速度能力,理性的孔隙分布/结构设计和优化的表面改性已经迫切需要ACs,同时保持了相当大的比表面积(SSA) [ 11- - - - - - 13]。一方面,微孔隙(孔隙大小< 2.0海里)为离子adsorption-desorption提供有效的网站,和中孔(2.0 <孔隙大小< 50 nm)离子运输中发挥主导作用 14]。此外,几项研究已经证明的重要性subnanopores(孔隙大小< 1.0海里)在很大程度上增加电容时,孔隙尺寸匹配电解质离子的半径( 15, 16],这激发了关注进一步优化分层孔隙结构。另一方面,杂原子(N, O S等)掺杂或组功能化可以产生表面氧化还原反应,因此提高可访问性通过优化润湿性和引入特定pseudocapacitance [ 13, 17, 18]。此外,操纵的石墨化程度将增加导电性,这促进了电荷转移特别是在高速率( 19, 20.]。因此,精心设计的高SSA ACs的发展,设计良好的孔隙结构,杂原子掺杂,石墨化程度高为这种传统材料打开新的机会在未来SC设备。值得注意的是,生物质能是一名出色的前兆,大量的优势,丰富的成分,不同的主要结构( 21]。在适当的激活过程,分层次多孔ACs继承原来的微观结构和杂原子可以实现( 22, 23]。因此,选择适当的碳前体和优化激活条件成为现在的研究热点。

魔芋,葡甘露聚糖D-mannose和组成 我葡萄糖在b(1、4)联系,已被广泛用作亚洲食品配料成分[一个代理 24]。凝胶由于其低成本,简单,和良好的生物相容性,魔芋葡甘露聚糖(KGM)作为胶凝,形成组织,和成膜代理行业,如食品、药品及化妆品( 25]。然而,ACs的应用源于Konjac-derived ACs在SCs很少报道。李等人已经证明了第一个研究魔芋gel-derived多孔生物炭作为SCs电极活性材料,表现出特定的电容的273.8 F / g (1 A / g 1 M KOH [ 26]。此外,“雪魔芋”是一个像海绵一样的魔芋产品包括KGM和米粉(质量比∼1:1)作为主要的梯度。采取优势KGM的粘度和肿胀属性的大米面粉,这样魔芋海绵过程一个松散的多孔的外表和片状内壁,它预计将作为小说平台来实现新的结构化ACs。这里,我们制作的二维(2 d)石墨化碳nanosheets从魔芋海绵通过灵巧的KOH活化方法。通过优化碳化温度和KOH / C比值,魔芋sponge-derived ACs (kac)超高SSA(∼3000米2在KOH / g / C > 3),可调微/中孔体积,不同O / N掺杂,取得了和石墨化程度高。令人印象深刻的是,这样的二维卡茨nanosheets显示层次与共存的微观孔隙结构/间隙孔。尤其是微孔隙含有大量的蠕虫状的石墨烯堆叠层的横向距离接近水分电解质离子的大小,这大大受益的电容性能。因此,相比之下,未激活的样本,卡茨表现出增强的比电容,优越的速度能力,和非凡的酸电解液循环稳定。电容性能之间的关系(比电容和速度能力)和纹理属性(SSA、微孔体积和中孔体积)以及石墨化程度也阐明,这将很大程度上受益的设计和实际应用在SCs卡茨材料。

 2。材料和方法 2.1。化学物质

魔芋海绵与品牌“乐山”从京东商城买的。氢氧化钾(KOH)和盐酸(HCl)使用从阿拉丁(上海,中国)。 N从阿尔法蛇丘-methylpyrrolidinone (NMP)收购。

 2.2。分级多孔碳的制备魔芋海绵

魔芋海绵首先被下的管式炉和precarbonized N2气氛在500°C 2 h,用KOH彻底实现样本混合(C / KOH比1:3)。下的混合物被碳化N2流在700°C, 800°C, 900°C 2 h。合成产品被标记为魔芋派生活性炭(KAC)——700年,800年和900年,分别。precarbonized样本700°C下碳化没有添加KOH表示UAC。评估碳化温度对电容性能的影响,precarbonized碳混合不同C / KOH比率(1:1,1:2、1:4)前进一步碳化在800°C N2的气氛。派生的样本标记为KAC-1 2和4。卡茨- 800等于KAC-3。卡茨样品都是用2 M盐酸洗净去除剩余KOH和离心机与去离子水,直到解决方案达到中性条件。在真空干燥后,卡茨材料。合成过程中所示方案 1。

分级多孔卡茨材料合成过程。

 2.3。描述

形态学和高分辨率成像从Tecnai G2 F20 U-TWIN获得。材料进行了相分析使用x射线衍射仪(D / max-TTRIII)。实现信息的化学和元素成分从x射线光电子能谱(XPS)。拉曼分析在英国inVia +系统波长513纳米的激光激发。纹理和孔隙信息识别基于N2尽快从微粒学adsorption-desorption等温线2010分析仪。

 2.4。电化学测试

的潜力KAC-based SC电极材料在样品评估CHI660E工作站。进行了相关的测量通过三电极体系电解液的1 M H2所以4。KAC-based样本(kac - 700、800和900和KAC-1 2)地面与特定数量的乙炔黑和聚偏二氟乙烯(质量百分比是8:1:1) N甲基吡咯烷酮(NMP)形成泥浆,分发在片状石墨形成的1厘米×1厘米。电极在真空干燥(80°C, 12 h)。通过测量获得的质量负载是空白基质的质量和干工作电极。Pt板反电极作为工作电极,和Hg / Hg2所以4参比电极组成三电极系统。循环伏安法(CV)和恒电流充放电(GCD)结果实现的潜在范围−0.6∼0.3 V。电化学阻抗谱(EIS)的条件下实现5 mV和100 kHz∼0.01赫兹。比电容(c、F / g)计算基于GCD曲线根据以下方程: (1) Cs = 我 t Δ V 米 , 在哪里 我 和 t 分别是充放电电流和放电时间 Δ V 是潜在的范围, 米 活性物质的质量。

 3所示。结果与讨论

原始魔芋海绵前体具有层状网络结构在宏观视图中。TEM成像提供了直观的信息形态和多孔结构的样本。如图 S1UAC样本表现出很薄片状结构在破碎和碳化。扩大HR-TEM图像表示的非晶特性未激活的碳片,含有纳米尺度的毛孔。相比之下,KOH活化引起巨大的修改对卡茨在微观结构和石墨化。有趣的是,蠕虫状的石墨烯束和无定形区域共存KAC-based样本(数据 1和 S2)。石墨烯层之间的距离是0.67和0.68 nm卡茨- 700和卡茨- 900,分别(图 S3)。卡茨- 800是由扭曲的短程有序结晶的横向距离0.67∼∼0.79海里。如图 S4铆合,显然是观察到石墨烯层与较大的横向距离KAC-1(0.79海里),KAC-2(0.85海里),和KAC-4(0.75海里)。层间间距增大卡茨- 700年进一步证实从选区电子衍射(SAED)模式(图 S5 (a))。与非晶态UAC碳相比,石墨烯结晶区表示卡茨样品石墨化的增加,这将很大程度上受益的电容性能更好的导电性。值得注意的是,KOH腐蚀效果尤其明显地揭示了900°C的高温和高KOH / C比4:1,粗糙表面的观察和大量中孔。微不足道的观察KAC-4的碳原子晶格距离的变化可能是由于less-ordered结晶区域从大量中孔的存在(图 S5 (b))。因此,大量的石墨烯层组成的分级多孔结构subnanopore和部分中孔形成由于激活过程。

透射电子显微镜(TEM)的图像(a, d)卡茨- 700 (b, e)卡茨- 800和c、f)卡茨- 900。

此外,UAC的XRD模式显示广泛的山峰在2 θ= 23°和43°(图 2(一个)),对应的衍射信号(002)和(101)面非晶碳( 27, 28]。KAC-based样本,相比之下,展现出一个微不足道的峰值在23°,很大程度上减少衍射43°(数字 2(一个)和 2 (b)),表明重排的无定形碳和引入大量的毛孔。陡峭的角度散射增加卡茨样本与UAC源于丰富微/中孔( 29日]。HRTEM所示,石墨烯层间的距离远远大于石墨(002)d-spacing 0.34 nm,分离效果产生的由于K插入/夹层成石墨烯层( 30.]。拉曼光谱定量证明碳材料的石墨化度(数字 2 (c)和 2 (d))。卡茨样本显示两个拉曼峰在1357厘米−1和1594厘米−1分别多晶的特征和晶体石墨( 31日, 32]。d带的强度比和G-band ( 我D/ 我Gkac)——700年,800年和900年为0.96,0.96和1.00,分别在KAC-1, 2和4分别为0.95,0.99和0.74。低得多的 我D/ 我G卡茨样品价值与商业活性炭(1.92∼)展示了石墨化程度高( 33]。这个结果还说明,碳的障碍程度与碳化温度增加。尖锐的峰值温度和KOH / C符合更大的石墨烯分离从HRTEM观察图像。一方面,缺陷的高含量碳提供更积极的网站或活跃的表面区域,形成改进的电容。另一方面,石墨化碳的电导率增加受益率能力( 20.]。因此,优化电容性能要求的良好的相互耦合作用。

XRD卡茨材料激活模式下(a)不同温度和(b)不同的KOH / C比值与UAC相比,(C)和(d) KAC-based材料的拉曼光谱。

XPS谱进一步提供化学成分和元素绑定信息。如图 3KAC-based样本的高分辨率c1光谱由一个高峰集中在284.7 eV和小尾巴在high-binding能源和肩峰的范围288.0∼292.8 eV。前峰可以deconvoluted为sp2结合碳(284.7 eV)包含sp的小尾巴3结合碳(285.8 eV)。三个单个组件的肩峰由峰值,对应于羰基C = O (287.0 eV),羧基O C = O (289.2 eV),和一个卫星的峰值 π- - - - - - π∗分别为(291.4 eV) ( 34, 35]。sp的压倒性的强大的高峰2碳证明graphene-like碳表高石墨化的形成,这与拉曼结果吻合良好。如图 S6,o1群KAC-based样本光谱显示,C = O quinone-type团体的存在(我),C哦酚组和/或C-O-C醚组(O-II)和化学吸附氧(羧基羧基组)和/或水(O-III),分别为( 36]。表 S1表明卡茨是由C和n . O和微量的活化温度和KOH / C比值增加,碳的含量增加,氧气下降(表 S1)。含氧的减少总强度组从图中也观察到了 S6。羰基的存在/羧基组和少量的N润湿性的改善中受益,因此促进电解液离子的可访问性。此外,含氧集团提供pseudocapacitance KAC-based EDLC-dominated电容的样品( 37]。

XPS c1 KAC-based样品的光谱。

从TEM图像显现,KOH腐蚀过程产生丰富的层次毛孔Konjac-derived碳基质。因此,选择特征进行进一步评估纹理属性和KOH的影响金额和活化温度对卡茨材料的孔隙结构。如数据所示 4(一)和 4 (c),UAC卡茨样本表现出陡峭的N2吸附在非常低的相对压力( p/ p0),它的特点是i型等温线( 38]。这个结果表明大量的微孔隙的存在在这些样品。值得注意的是,卡茨- 900和KAC-4具有H4类型磁滞回线在 p/ p0> 0.4,暗示中孔的存在( 11]。孔隙大小分布曲线(图 4 (b))显示所有卡茨- 700、800和900样品拥有subnanopores集中在0.68∼0.80 nm,分别。这是与横向距离实现HRTEM图像一致。随着subnanopores,大微孔隙∼1.20 nm和大量的中孔在这些样本共存。卡茨- 900表现出较大的中孔比卡茨(∼2.60 nm)——700年和800年(∼2.0海里)。相比之下,UAC只显示非常低的孔隙高峰集中在1.17∼纳米孔隙体积,指示subnanopores和中孔的引入通过KOH活化过程。此外,改变KOH / C也可以调节卡茨材料的孔隙结构。KAC-1和2显示出类似的孔隙分布与卡茨- 800,而KAC-4表现出明显的介绍纳米(图2.76和3.42的中孔增大 4 (d))。先前的研究证明,subnanopores规模匹配与电解质离子能大大提高比电容( 15, 39, 40]。考虑水分的报道规模42 -离子[(0.533海里) 41, 42],卡茨- 700、KAC-2 KAC-3包含大部分的subnanopore大小0.68∼nm预计将对离子adsorption-desorption高效的表面积,从而提高比电容。碳层的形成蠕虫状的毛孔也有助于增强的能量储存能力( 43]。尽管没有大孔隙,薄片状卡茨材料将缩短离子运输路线,减少了扩散阻抗。详细的比表面积(SSA)和孔隙体积统计数据总结表 1。在KOH / C = 3,卡茨材料拥有超高SSA∼31172/ g (kac - 700年和900年),这是和1.9∼∼21倍倍UAC commercial-activated碳,分别。这个结果证明蚀刻反应的效率之间的KOH和C前体(6 KOH + C↔2 k + 3 h2+ 2 k2有限公司3)[ 29日, 44]。随着比例的增加,SSA基于打赌模型( 年代打赌)增加。与KOH / C比值大于3:1,SSA的增加并无太大的变动比率或碳化温度。但是,孔隙结构包括微孔隙的分布及相关孔隙体积和中孔表现出巨大差异(表 1)。根据密度泛函理论(DFT)方法,卡茨样本实现低碳化温度(700和800°C)和低KOH / C比值(1:1和2:1)显示,SSA和90%∼93%微孔隙的贡献。然而,部分作用下下降到71%和56%卡茨- 900和KAC-4形成中孔,分别。孔隙体积也是一个重要的参数来评估EDLC-type SCs的电容和速度能力。与UAC样本相比,KOH活化过程在不同条件下的卡茨材料高度可调的孔隙结构。卡茨样本有非常高的孔隙体积与生物质衍生碳相比同行( 34, 45, 46]。值得注意的是,卡茨- 700具有最高的微孔体积的0.94厘米3/ g而KAC-4最高比率中孔和微孔体积2.56。大的微孔SSA和孔隙体积将有利于电荷存储能力由于高electroadsorption电解质离子之间的相互作用和孔隙表面。高比率的 V市场经济地位/ V麦克风保证了高效的运输离子从溶液的表面活性剂及大部分的中孔作为离子通道( 47]。因此,上述结果表明利用魔芋海绵的前体激活生物质碳材料,和KOH腐蚀的效率处理提供优化的SC电极材料调制SSA和孔隙结构。卡茨的系列样品不仅提供了优秀的模型材料研究超级电容器性能的依赖碳材料的结构性质,但也为理想的碳材料高性能SCs铺平了道路。

氮气吸附/解吸等温线DFT (a、c)和孔隙大小分布曲线(b, d) KAC-based样本相比,UAC。

卡茨样本的纹理属性实现在不同条件下,UAC。一个

样本 年代打赌(m2/ g) 年代DFT(m2/ g) 年代DFT(m2/ g) 孔隙(cm卷3/ g)
d< 2海里 d< 2海里 SSA麦克风(%) d< 2海里 d> 2海里 V市场经济地位/ V麦克风
卡茨- 700 3117年 1952年 1757年 195年 90年 0.94 0.24 0.25
卡茨- 800 2841年 1861年 1731年 126年 93年 0.88 0.16 0.18
卡茨- 900 3116年 1895年 1352年 543年 71年 0.70 0.77 1.10
KAC-1 1382年 1178年 1094年 84年 93年 0.43 0.16 0.37
KAC-2 2557年 1612年 1402年 210年 87年 0.76 0.31 0.41
KAC-4 2888年 1687年 949年 738年 56 0.49 1.24 2.53
UAC 152年 70.5 68.3 2。2 97年 0.05 0.005 0.10

一个 年代打赌和 年代DFT:比表面积(SSA)基于Brunauer-Emmett-Teller(打赌)和密度泛函理论(DFT)方法;SSA麦克风:微孔表面积; V市场经济地位/ V麦克风:中孔和微孔体积的比值。

卡茨作为电极材料的电容性能SC应用程序测试的水溶液1 M H2所以4。如数据所示 5(一个), 6(一), S7,所有卡茨样品表现出长方形的简历在5 mV / s曲线,显示小偏差与扫描速度高达100 mV / s,指示电极的理想EDLC行为。对称和三角形的充放电曲线提供了进一步确认速度性能好(数字 5 (b), 6 (b), S7)。小驼峰简历曲线起源于pseudocapacitance由于O / N-heteroatom兴奋剂。它可以很明显发现KOH-activated碳显示极大增强特定电容相比,UAC。精确的电容值从肾小球囊性肾病确定数据(表 S2)。当调整活化温度,卡茨- 700拥有最大的电容(235.1 F / g)为0.5 A / g。在调优KOH / C比值,KAC-2 KAC-3显示更大的电容的227.0和223.0 F / g,分别。在整体中,调制KOH活化条件对电容可以理解基于前面的分析孔隙的信息。卡茨- 700最大的微孔SSA(1754米2/ g)和最大微孔体积(0.94厘米3/ g),其次是卡茨- 800 ( 年代麦克风= 17312/ g和 V麦克风= 0.88厘米3基于DFT计算/ g)和KAC-2 ( 年代麦克风= 14022/ g和 V麦克风= 0.76厘米3/ g)。大的微孔表面为捕获电解质离子提供了丰富的活动网站,大大受益的能量存储。此外,孔隙结构发挥了重要作用提高比电容。一方面,卡茨- 700,KAC-2, KAC-3包含大部分的subnanopore大小为0.68 nm。修身维度与电解质离子有利于能源储存( 41, 42]。另一方面,温和 我D/ 我G证明有缺陷的碳的存在,增加了更好的暴露的活性表面电荷存储性能。

电化学性能的卡茨- 700、800和900年的1 M H2所以4水溶液。(a)简历扫描速率的曲线5 mV / s, (b)肾小球囊性肾病曲线为0.5 a / g, (c)具体参数在不同电流密度下从肾小球囊性肾病数据计算和(d)的奈奎斯特图样本,插页图片显示放大高频率和等效电路的阻抗。

KAC-1的电化学性能,在1米2,3,4 H2所以4水溶液。(a)简历扫描速率的曲线5 mV / s, (b)肾小球囊性肾病曲线为0.5 a / g, (c)具体参数在不同电流密度下从肾小球囊性肾病数据计算和(d)的奈奎斯特图样本,插页图片显示放大高频阻抗。

此外,利率的能力也是一个非常重要的属性评估材料的电容性能。的依赖比电容的电流密度数据所示 5 (c)和 6 (c)。卡茨- 900和KAC-4表现出非凡的电容保留与电流密度增加从0.5∼77% / 10 g / g,这是优于其他卡茨(70%∼72%)样品。卡茨的GCD曲线样品在不同电流密度下如图 S8。UAC, 71.4%的原始电容衰减10 A / g(图 S9)。之前的研究显示,功能主要是中孔率/微孔体积比( 11, 47]。如图 S10率的趋势表现为KAC-based总体一致的材料 V市场经济地位/ V麦克风值。改进的中孔卡茨- 900和KAC-4担任离子运输渠道解决活性表面的作用,保障顺利电荷转移密度很高( 48]。除此之外,其他卡茨样本的总体良好的速度性能没有多少可以解释为中孔的存在大量的微孔隙大小的1.20∼∼1.59 nm,据报道,促进离子扩散过程中孔等( 27, 49]。良好的导电性的石墨化程度高了卡茨材料,因此导致较低的快电子传递阻力。此外,EIS提供更深的洞察阻抗测量指的是离子扩散和电荷转移。卡茨样品的奈奎斯特图(数字 5 (d)和 6 (d))由一个半圆的高频实轴拦截,其次是华宝阻力高中档频率地区和陡峭的线在低频区域。的小价值拦截表示低等效串联电阻(ESR),这是在良好的协议与IR降可以忽略不计的放电曲线卡茨样本( 15, 50]。半圆直径与电荷转移电阻( Rct)[ 46]。卡茨- 900和KAC-4显示非常低 Rct价值0.11∼∼0.30欧姆,分别。此外,预计45°华宝扩散长度短的卡茨- 900和KAC-4证实电解液离子的扩散阻力减少由于中孔和大高孔隙体积和石墨烯层的作用途径与大型层距离( 37]。上述结果证实了高电容保留卡茨- 900和KAC-4速度高。值得注意的是,扩展低频峰值是典型的电容行为。越接近直线90°,电容性能越好( 51, 52]。通过结合孔隙结构特征和EIS测试,比电容的趋势和速度能力卡茨样本可以被更好地理解。我们的结果与先前的研究相比,和详细的文献综述的比电容表所示 S3。

评估的循环稳定性等Konjac-derived碳材料、充放电性能测试卡茨- 700在5 A / g 2000周期。图 7演示了一个很好的循环性能有99.6%保留初始电容。轻微增加电容出现表面活化的早期阶段的充放电过程。插图画面显示稳定的充电/放电曲线从一开始到最后几个周期。上级远程循环性能确认KAC-based样本的高效和稳定的超级电容器的电极材料的应用。

骑自行车的性能卡茨- 700在5 A / g 2000周期。嵌入的图像显示了第一个和最后一个的GCD曲线3周期。

最重要的是,卡茨- 700表现出最高的比电容,卡茨- 900和KAC-4显示一系列卡茨材料之间的最佳利率的能力。结构和成分分析,结合纹理上的电容性能属性的依赖和化学成分可以显示如下。卡茨- 700,最高的微孔体积(0.94厘米3/ g)为离子存储提供了丰富活跃的网站。优化subnanopore (∼0.68 nm)进一步增强了电容。相对较低碳化温度保持大量的N, O和跟踪引起添加剂pseudocapacitance。卡茨- 900和KAC-4高活化温度和KOH剂量引入大量中孔2.76和3.42 nm的窄分布,充当离子传输通道和减少扩散阻力。中孔和微孔隙之间的体积比是提高与其他卡茨同行相比,显示率能力越好。减少O内容和改善导电性对电荷传输尤其是速度高。

 4所示。结论

总之,我们准备好的的层级结构多孔ACs魔芋海绵的前兆。KOH活化后,卡茨样本继承原材料和拥有共存的片状形貌微/间隙孔狭窄的粒径分布。值得注意的是,在KAC-based graphene-like层观察到样品,堆放距离与电解质离子的大小。卡茨- 700 O丰富掺杂显示最高的比电容由于最大离子容易与优化孔径微孔体积。卡茨- 900和KAC-4拥有优越的能力与丰富的中孔率。以卡茨- 700为例,只有0.4%获得了良好的循环稳定性衰减的原始电容的电流密度下5 A / g。丰富的来源和简单的合成过程保证此类KAC的扩大生产材料,这将成为小说,并承诺为SC设备电极材料。这项研究的成果可以作为指导ACs的设计和开发的多孔结构,石墨化的微观结构和高SC的性能。

 数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

 确认

这项工作得到了国家自然科学基金(批准号21703064)和教育部的中华人民共和国(批准号2017 ms046)。

 补充材料

图S1。TEM UAC样品在不同的放大的图像。图S2。透射电子显微镜(TEM)的图像(a和d) KAC-1 (b和e) KAC-2和KAC-4 (c、f)。图S3。透射电子显微镜(TEM)的图像(a)卡茨- 700 (b)卡茨- 800和(c)卡茨- 900,相关数字显微照片显示的横向距离信息,数字显示在选择区域的横向距离,酒吧= 10纳米。图S4。KAC-1 TEM图像(a)、(b) KAC-2和(c) KAC-4,相关数字显微照片显示的横向距离信息,数字显示在选择区域的横向距离,酒吧= 10纳米。无花果S5。选区电子衍射模式(a)卡茨- 700和(b) KAC-4。 Figure S6. O1s spectra of KAC based samples. Figure S7. CV curves of KAC based materials under scan rates of 1 mV/s, 5 mV/s, 10 mV/s, 20 mV/s, 50 mV/s, 100 mV/s. Figure S8. GCD curves of KAC based materials under the current densities of 0.5 A/g, 1 A/g, 2 A/g, 5 A/g, 8 A/g and 10 A/g. Figure S9. GCD curves (a) and the calculated specific capacitance (b) of UAC sample under different current densities. Figure S10. The microporous specific surface area (SSAmic) based on DFT model (Left Y axis), the microporous volume and ratio between mesoporous and microporous volume (Vmes/Vmic) (Right Y axis) of KAC based samples. Table S1. Elemental analysis results (atomic%) based XPS data. Table S2. The specific capacitance calculated from the discharging curves of KAC based samples and the capacitance retention under 10 A/g compared with that of 0.5 A/g. Table S3. Specific capacitance of KAC based matetials using three-electrode cells reported in literatures.

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